Удосконалення установки для сушки рідких харчових продуктів А1-ФМУ з метою підвищення її технічного рівня

Размещено на http://www.allbest.ru/

Донецький державний університет економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського

УДК 637.481.3.026(043.3)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Удосконалення установки для сушки рідких харчових продуктів А1-ФМУ з метою підвищення її технічного рівня

Спеціальність 05.05.09 - Машини харчової, мікробіологічної та фармацевтичної промисловості

Хомічук Віктор Андрійович

Донецьк 2000

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. На підприємствах системи виробництва і переробки яєць та м'яса птиці (Птахопром) щодня виробляється, переробляється і відправляється споживачам декілька десятків мільйонів штук товарних яєць. Річна сумарна продуктивність 765 птахофабрик яєчного напрямку країн СНД становить 32.68 млрд. штук товарних яєць. За нормативними документами, до 10% вироблених товарних яєць є некондиційними через насікання, биття, течу, нестандартний розмір. Некондиційні яйця мають обмежене застосування, не завжди знаходять свого споживача і часто використовуються як добавка до корму птиці.

З 1982 року на донецькому заводі "Продмаш" почато виробництво установок для сушіння меланжа марки А1-ФМУ. На сьогодні заводом виготовлено більш ніж 1400 штук установок. На птахофабриках країн СНД і Балтії нині експлуатується приблизно 900 сушарок. В Україні на кінець 1999 року експлуатується 131 сушильная установка.

На жаль, установка А1-ФМУ за своїм технічним рівнем (зокрема за показниками продуктивності і надійності) відстає від зарубіжних аналогів, що не дає можливості ефективно використовувати її в системі Птахопрому, конкурувати з зарубіжними аналогами на зовнішньому ринку.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота була виконана у відповідності з планом виконання теми Г98-9 "Розробка математичної моделі, що описує вплив деяких конструктивних параметрів сушильного обладнання на якість одержуваного продукту" (в якій автор є відповідальним виконавцем), а також у рамках творчого співробітництва з ГП НДІ "Мир-Продмаш" (Росія, м. Москва), технологічним інститутом молока і м'яса Української аграрної академії наук (м. Київ) і виробничими підприємствами України, Росії, Казахстану, Узбекистану, які займаються питаннями переробки яєць (автор є виконавцем одного з розділів).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є підвищення технічного рівня установки для сушіння рідких харчових продуктів марки А1-ФМУ.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання:

- дослідити надійність установок А1-ФМУ як одного з основних показників їх технічного рівня;

- встановити закон імовірності їх безвідмовної роботи;

- отримати об'єктивні показники надійності досліджувного обладнання;

- сформулювати завдання дослідження вузла подачі продукту в сушильну камеру установки методами математичного моделювання;

- розробити математичну модель гідродинамічного процесу витоку рідкого продукту з форсунки сушильної камери;

- здійснити числову реалізацію розробленої моделі і отримати значення основних параметрів, які характеризують процес распилення рідкого харчового продукту;

- розробити нову конструкцію форсунки, що забезпечує підвищення технічного рівня сушильної установки і якості одержуваного продукту;

- розробити комплекс науково обґрунтованих пропозицій щодо модернізації сушильної установки з метою підвищення її технічного рівня і якості одержуваного продукту;

- впровадити результати наукових досліджень у практику й оцінити ефективність їх впровадження.

Об'єкт дослідження - виробництво яєчного порошка і технологічне обладнання як складова частина даного процеса.

Предмет дослідження - установка для сушки меланжа А1-ФМУ.

Методи дослідження. В работі використані теоретичні і розрахунково-експерементальні методи дослідження, серед яких: теорія надійності, експлутаційні випробування (дослідження надійності установки), математичне моделювання гідродинамічних процесів (дослідження режимів роботи форсунки сушильної камери), метод змінних напрямків (чисельна реалізація математичної моделі), ситовий аналіз (дослідження фракційного складу порошка), статистичний аналіз (обробка експериментальних даних і математичний опис отриманих залежностей), використання сучасних вимірювальних пристроїв і приладів (лабораторні випробування розробленої конструкції форсунки та дослідження гранулометричного складу отриманого яєчного порошка), виробничі випробування.

Наукова новизна роботи полягає в наступному:

- запропоновано класифікацію установок для сушіння рідких та пастоподібних продуктів;

- визначено закон розподілу напрацювання на відмову установки для сушіння меланжа А1-ФМУ;

- визначено напрацювання на відмову і середній час відновлення досліджуваного обладнання;

- виявлено вузли і деталі досліджуваного обладнання, які знижують його надійність, встановлено причини виходу з ладу;

- запропоновано математичну модель гідродинамічного процесу в робочій камері сушильної установки;

- вперше методами комп'ютерного моделювання отримано розподіл ліній струму в різних ділянках робочої камери сушарки і числові значення складових швидкості часток продукту в різних частинах камери.

Практична цінність роботи:

- розроблено й запроваджено комплекс заходів щодо підвищення надійності досліджуваних установок;

- розроблено і впроваджено нову конструкцію форсунки;

- підвищено якість одержуваного продукту шляхом підвищення однорідності часток;

- результати дисертаційної роботи впроваджено на Донецькому заводі "Продмаш" і на ряді птахофабрик області.

Особистий вклад здобувача. Дисертація виконана при наукових консультаціях фахівців Донецького державного університету економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського та Московського науково-дослідного інституту "Мир-Продмаш". Особисто здобувачем визначено напрямки і обґрунтовано методи теоретичних досліджень, виконано математичне моделювання та інтерпретацію його результатів.

У роботах [1,2,4-6] здобувач виконав постановку, планування й аналіз результатів експериментального дослідження, впровадив результати досліджень, сформулював загальні висновки.

Апробація роботи. Основні положення і результати досліджень доповідалися й обговорювалися на міжнародній науково-технічній конференції "Машинобудування і техносфера на рубежі двадцять першого сторіччя" (м. Севастополь, 1998), наукових конференціях ДонДУЭТ (1998-2000), другій міжнародній науково-практичній конференції "Продовольчий ринок і проблеми здорового харчування" (м. Орел, 1999).

Достовірність. Достовірність отриманих наукових результатів підтверджується:

- використанням основних наукових положень теорії надійності, значним обсягом зібраного статистичного матеріалу;

- використанням сучасних методик фізичного та математичного моделювання, статистичної обробки результатів;

- використанням сучасних експериментальних методів дослідження;

- промисловою перевіркою і впровадженням результатів роботи.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 7 друкованих робіт, з яких: 4 статті - у збірниках наукових робіт і фахових наукових журналах та 3 статті - у збірниках тез доповідей міжнародних науково-практичних конференцій.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку літератури, який містить 185 джерел, додатків. Робота викладена на 215 сторінках машинописного тексту і містить 28 рисунків, 12 таблиць, 5 додатків. Основний зміст роботи викладено на 139 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність дисертації, сформульовано мету і завдання досліджень, перераховано основні наукові положення і закономірності, що отримані автором і мають наукову та практичну цінність.

У першому розділі "Сучасний стан техніки сушіння рідких і пастоподібних продуктів" на підставі аналізу відомих робіт Г. К. Філоненко, А. В. Лебедєва, П. Г. Романкова, Ю. А. Михайлова, М. Ф. Казанського, А. С. Гінзбурга, Л. О. Орлова, В. І. Муштаєва, М. А. Гришина, А. П. Рисіна підтверджено, що сушіння є складним технологічним тепломасовим процесом, який забезпечує не тільки зберігання нативних властивостей продукту, але й поліпшення цих властивостей. Вирішення актуальних завдань в області сушіння базується на наукових основах технології сушіння: від вивчення властивостей продукту до вибору методів, обґрунтування режимів процесу і тільки на цій основі - до створення раціональних конструкцій сушильних установок. Розробка нових та вдосконалення традиційних технологій сушіння призводить до необхідності в розробці нових конструкцій та у вдосконаленні обладнання, що виробляється серійно. Таким чином, аналіз сучасного стану досліджуваної проблеми дав можливість сформулювати основну мету й окремі завдання досліджень дисертаційної роботи.

В другому розділі "Дослідження надійності установки для сушіння меланжа А1-ФМУ як одного з основних показників її технічного рівня" подано результати дослідження фактичної надійності сушильних установок, що включали в себе визначення фактичних показників надійності, виявлення найменш надійних деталей конструкції, встановлення причин та характеру їх руйнувания і розробку комплексу заходів для підвищення показників безвідмовності і ремонтопридатності.

Враховуючи призначення сушильних установок, режими роботи, умови експлуатації і технічного обслуговування, вважали, що основними критеріями надійності є безвідмовність і ремонтопридатність.

Як нормовані показники приймали: за безвідмовністю - ймовірність безвідмовної роботи і напрацювання на відмову; за ремонтопридатністю - середню оперативну тривалість непланового поточного ремонту.

Експлуатаційні спостереження проводилися з січня 1989 року по грудень 1993 року. Під спостереження було поставлено 25 установок, які експлуатуються на підприємствах системи Птахопрому у 5 областях України і Республіці Крим.

Закон розподілу часу роботи виробу до відмови, виражений у диференціальній формі у вигляді щільності імовірності f (x), є повною характеристикою надійності виробу. Тому нашим основним завданням є виявлення та математичний опис такого закону розподілу f (x), що відбивав би з високим ступенем вірогідності об'єктивну дійсність.

Аналіз наявної інформації, відомості про аналоги і дослідні дані дозволили нам припустити, що щільність імовірності безвідмовної роботи установки А1-ФМУ може бути описана законом Вейбулла.

Відомості про час виникнення відмов були систематизовані для умов безперервної роботи машин з урахуванням фактичної завантаженості. Дані про відмови систематизували у вигляді варіаційного ряду.

В результаті статистичної обробки отриманих даних було побудовано гістограму розподілу часу безвідмовної роботи обладнання.

Вигляд отриманої гістограми підтвердив правомірність прийнятої гіпотези про те, що розподіл часу безвідмовної роботи підлягає закону Вейбулла:

(1)

де а, b - коефіцієнти, одержувані розрахунковим методом послідовних наближень розв'язання рівняння відносно .

Для розрахунку значень a і розроблено програму “Veybull”, в якій для подальшого наближення при пошуку коефіцієнта використовується итераційний цикл. В результаті цю функцію зображено у вигляді:

(2)

Перевірку згоди розподілу часу безвідмовної роботи, отриманого за результатами спостережень з передбачуваним теоретичним розподілом, проводили за критерієм Пірсона. Результати перевірки свідчать про добру узгодженість теоретичного та емпіричного розподілу і підтверджують гіпотезу про те, що розподіл часу безвідмовної роботи підпорядковується закону Вейбулла.

На підставі систематизованих даних про відмови деталей і складальних одиниць будували гістограму співвідношення відмов, що характеризують частку (у %) відмов окремих елементів машин у загальному потоці відмов (рис. 2).

Проведений аналіз встановлення об'єктивних причин виникнення відмов дав можливість виявити вузли й деталі, які істотно знижують надійність машин і вимагають до собі першочергової уваги: відмови форсунки становлять 21.4% у загальному потоці відмов.

У третьому розділі "Дослідження вузла подачі продукту на основі математичного моделювання гідродинамічних процесів у робочій камері сушильної установки" викладено результати дослідження форсунки робочої камери методами математичного моделювання.

Розглядався адіабатичний рух ідеального стисливого середовища. Система рівнянь у цьому випадку складається з рівняння руху і рівняння нерозривності. Останнє записано з урахуванням стисливості:

удосконалення меланж сушильна установка

(3)

і виражає закон збереження маси для нестаціонарного процесу.

Існуюча камера розглядається як циліндр, в який через сопла вдувається повітря зі швидкістю 270-280 м/с. Через нижню частину циліндра подається повітря зі швидкістю 3-4 м/с. Нагнічуване повітря виходить через верхню частину циліндра. Розташування сопел має таку схему (рис. 3). Всі процеси описуються рівнянням Нав'є-Стокса і нерозривності:

(4)

(5)

де - швидкість плину, Р - тиск, t - поточний час, n - коефіцієнт кінематичної в'язкості, - математичний оператор.

Після введення граничних умов на осі симетрії камери, правої стенки, верхньому і нижньому зрізах досліджуваної області і переходу до безрозмірних величин подальше розв'язання здійснювалося у змінних вихор-функція струму.

(6)

Зв'язок компонент швидкості з функцією струму здійснюється таким чином:

(7)

Граничні умови для вихору швидкості формуються на стадії кінцево-різницевої апроксимації.

Великі швидкості в даній системі (до 280 м/с), а також складна структура конвективних потоків не дозволяють проводити експериментальні дослідження. Крім того, нелінійні двомірні диференціальні рівняння накладають істотні обмеження на можливість їхнього аналітичного розв'язвння. Задачі такого класу розв'язуються тільки за допомогою чисельних методів, зокрема з використанням кінцевих різниць. Суть цього методу полягає в тому, що область безперервної зміни аргументу замінюється кінцевою множиною точок (вузлів), що утворюють нерівномірну просторово-часову кінцево-різницеву сітку:

де hi і hj - кроки просторової сітки вздовж радіуса і висоти області відповідно.

Для чисельної реалізації математичної моделі процесів було сформульовано обчислювальний алгоритм, який являє собою логічну послідовність операцій, основаних на використанні методу змінних напрямків, при яких шукається розв'язання задачі. Дискретизація математичної моделі здійснювалася на нерівномірній просторовій сітці розміром 80х40.

До рівняння перенесення вихору вздовж координат r і x було застосовано канонічну форму різницевої монотонної схеми А. А. Самарського. Емпіричні рівняння було розв'язано методом змінних напрямків, при якому послідовно здійснювалася прогонка за рядками і стовпцями з відповідними прогоночними рівняннями. Кожне з перерахованих рівнянь расщеплювалось на два одновимірних, для кожного з яких будується монотонна схема.

Таким чином, дана математична модель дозволила розрахувати гідродинамічні процеси в циліндричній системі при нагнітанні повітря.

Для вибору найбільш раціональних параметрів форсунки нами досліджено ряд їхніх конструкцій.

Як видно з отриманого розподілу ліній потоку при вдуванні повітря соплом з чотирма отворами спостерігається декілька вихрових структур: перший вихор знаходиться під соплами в кутку і ежектований струменями; другий - найпотужніший, займає решту облсті і третій, розташований над соплом і боковою поверхнею камери:

Розподіл горизонтальної компоненти швидкості на різних горизонтах показали, що швидкість різко падає на відстані 150-200 мм від сопла, також на інших горизонтах вона значно нижча, ніж в біля сопла. Справді, розподіл горизонтальної компоненти швидкості за висотою області показує, що поблизу правої межі розподіл швидкості немонотоний, тоді як в центрі області і особливо на осі спостерігається більш монотонний розподіл швидкості.

У зв'язку з перетинанням струменів повітря, що витікають з кожного отвору, на осьовій частині насадки з соплами спостерігається різке зниження величини швидкості. Однак за наявності чотирьох отворів поблизу сопла спостерігається більш крутий профіль швидкості.

Це призводить до того, що поблизу сопла високий ступінь перемішування повітря, який сприяє швидкому захопленню часток потоком. За наявності двох або шести отворів на соплі профіль горизонтальної компоненти швидкості більш пологий. Поблизу сопла утворюється застійна зона, що призводить до кристалізації меланжа.

Використання поліноміальних функцій дозволило одержати математичний опис досліджуваної залежності. Таким чином, найбільш сприятливі гідродинамічні умови формуються в камері за наявності чотирьохструминного сопла. Збільшення кількості сопел призводить до ускладнення вибору кута нахилу струменів, що також сприяє утворенню застійних зон поблизу сопла.

У четвертому розділі "Модернізація установки А1-ФМУ на основі виконаних досліджень з метою підвищення її технічного рівня" наведено результати дослідження розробленої форсунки в лабораторних умовах.

У відповідності з параметрами вібрації на установці А1-ФМУ на експериментальному стенді було встановлено такі параметри вібрації: А=22 мм і Г=7 Гц (440 кол/хв).

На стенді проводилися порівняльні виробування серійних форсунок і розроблених конструкцій форсунок.

Якість одержуваного продукту здебільшого визначається дисперсністю порошку. У зв'язку з тим, що яєчний порошок має плівкову структуру, його гранулометричний склад оцінювали у двох напрямках: з допомогою ситового аналізу визначали фракційний склад порошку і знаходили середній розмір часток у плані, а також визначали товщини часток для різних фракцій.

За результатами розсівання будували гістограми вагового розподілу порошку за розмірами. Дані гістограми згладжували й одержували криві диференціальної функції розподілу яєчного порошку за розмірами у плані.

У зв'язку з тим, що розмір часток розпиленого рідкого продукту визначає технологічні параметри сушіння і продуктивність установки, було проведено порівняльні дослідження розмірів часток розпиленого рідкого продукту старою і розробленою конструкціями форсунок.

Статистична обробка результатів вимірів розмірів часток дала можливість побудувати гістограми розподілу розмірів часток і визначити, що даний розподіл підлягає нормальному закону.

Середній розмір часток. набирав значення від 100 до 700 мкм при дослідженні форсунки, що випускалась раніше, і від 10 до 70 мкм - при використанні розробленої конструкції форсунки.

При інших рівних технологічних параметрах процесу (температура на вході гарячого повітря, температура відпрацьованого повітря, витрата й тиск стиненого повітря) фактична продуктивність при експлуатації серійної і розробленої форсунок вимірювалася шляхом контрольного зважування яєчного порошку через кожну годину роботи установки.

В результаті було зафіксовано такі показники:

- продуктивність установки з серійною форсункою - 20.5 ± 0, 5 кг/год;

- продуктивність установки з розробленою форсункою - 24 ± 0,5 кг/год.

Розроблений комплекс заходів щодо модернізації установки для сушіння меланжа спрямовано на підвищення продуктивності (5 заходів), надійності (13), стабілізацію роботи окремих вузлів і установки в цілому (6), поліпшення умов праці оператора (4).

Надійність установки підвищено на 8-10% і продуктивність - на 20-25%, підвищено конкурентоспроможність обладнання, що випускається.

Порівняльна оцінка модернізованої установки А1-ФМУ з зарубіжними аналогами дозволила дійти висновку: установки для сушіння рідких харчових продуктів А1-ФМУ, що випускаються донецьким заводом "Продмаш", після впровадження результатів наукових досліджень у виробництво відповідають світовому рівню.

Річний економічний ефект від проведеного комплексу заходів щодо модернізації становить 52.5 тис. грн.

Висновки

1. Аналіз стану питання сушіння рідких харчових продуктів, огляд існуючих конструкцій сушильних установок та опрацювання науково-технічної інформації з теми досліджень підтвердив актуальність теми і вказав на необхідність модернізації установок А1-ФМУ з метою підвищення їх технічного рівня та якості одержуваного продукту.

2. В результаті дослідження надійності, як одного з основних показників технічного рівня обладнання, встановлено, що імовірність безвідмовної роботи підпорядковується закону Вейбулла і описується такою функцією:

3. Вперше визначено фактичні показники надійності установок А1-ФМУ: середнє напрацювання на відмову - 55,6 год.; середній час відновлення - 3,32 год.; коефіцієнт готовності - 0,944; коефіцієнт технічного використання - 0,938.

4. Виявлено найменш надійні деталі і вузли обладнання, а також причини виходу їх з ладу.

5. Дослідження основного елемента сушильної установки - форсунки для распилення рідкого продукту здійснено методом математичного моделювання. Розроблено математичну модель гідродинамічного процесу витікання рідкого продукту з форсунки. Сформульовано обчислювальний алгоритм моделювання.

6. Числова реалізація розробленої математичної моделі з використанням методу змінних напрямків дозволила отримати комп'ютерне зображення ліній плину продукту ,що розпилюється в об'ємі сушильной камери, а також залежності зміни окремих складових швидкості потоку на різних ділянках сушильної камери. Встановлено, що найсприятливіші гідродинамічні умови розпилення продукту в сушильній камері формуються за наявності чотирьохструминного сопла. Визначено оптимальні кути витоку рідкого продукту з форсунки.

7. В результаті математичного моделювання визначено раціональні параметри і розроблено нову модель форсунки для розпилення рідких продуктів. Лабораторними та виробничими випробуваннями встановлено, що продуктивність установки з розробленою форсункою зросла на 22%; напрацювання на відмову - не менш ніж удвічі. Дослідження гранулометричного складу одержуваного порошку підтвердило підвищення якості одержуваного порошку.

8. Розроблено комплекс заходів щодо вдосконалення окремих елементів конструкції, технології їхнього виробництва і правил експлуатації сушильної установки А1-ФМУ. Порівняльна оцінка параметрів модернізованої установки А1-ФМУ з вітчизняними і зарубіжними аналогами підтвердила високу ефективність виконаної роботи: виробничий обсяг зменшується в 4-6 раз, витрата металу - в 2,6 раза, витрата крижаної води - в 6 разів. Скорочуються втрати продукту при виробництві в 1,4-1,7 раза.

9. Експлуатація модернізованих сушильних установок на птахофабриках області підтвердила високу економічну ефективність виконаної роботи, річний економічний ефект від модернізації становить 52.5 тис. грн.

Основний зміст роботи викладено в таких публікаціях

1. Хомічук В.А., Левіт І.Б., Сукманов В.О. Сушильні апарати харчової промисловості і перспективи їх вдосконалення // Темитичний збірник наукових праць з проблем торгівлі і громадського харчування. - Донецьк: ДКІ. - 1998. - С. 268-269

2. Хомичук В.А., Сукманов В.А. Модернизация сушильного оборудования с целью повышения его технического уровня // Материалы V международной научно-технической конференции 8-11 сентября 1998 г. в г. Севастополе, том 3. - Донецк. - 1998. - С. 151-153.

3. Хомичук В.А. Сравнительные испытания отечественного сушильного оборудования и его зарубежных аналогов // Материалы V международной научно-технической конференции 8-11 сентября 1998 г. в г. Севастополе, том 3. - Донецк. - 1998. - С. 228-232.

4. Сукманов В.А., Левит И.Б., Хомичук В.А. Математическая модель турбулентного движения в камере сушильного оборудования // Материалы Первой международной научно-практической конференции "Продовольственный рынок и проблемы здорового питания", г. Орел, 14-16 декабря 1999. - Орел. - 1999. - С. 247-248.

5. Сукманов В.О., Хомічук В.А. Удосконалення сушильного обладнання на основі математичного моделювання гідродинамічних процесів в робочій камері // Тематичний збірник наукових праць “Обладнання та технології харчових виробництв”, ДДУЕТ. Випуск 4. Том 2. - Донецьк. - 2000. С.3-16.

6. Сукманов В.А., Хомичук В.А. Исследование и оценка надежности установок для сушки меланжа А1-ФМУ // Международный сборник научных трудов ДГТУ "Прогрессивные технологии и системы машиностроения". Выпуск 14. - Донецк. - 2000. - С.14-18.

7. Хомичук В.А. Сушка меланжа и его использование в хлебопечении // Наукові праці ОДАХТ. Вип.21. - Одеса. - 2000. - С.100-105

Анотація

Хомичук В. А. Вдосконалення установки для сушки рідких харчових продуктів А1-ФМУ з метою підвищення її технічного рівня. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук із спеціальності 05.05.09 - Машини харчової, мікробіологічної та фармацевтичної промисловості. - Донецький державний університет економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського. - Донецьк, 2000.

Дисертація присвячена питанням вдосконалення установки для сушки рідких харчових продуктів. Дослідження надійності установки дозволили встановити, що імовірність безвідмовної роботи підпорядковується закону Вейбулла. Вперше отримано фактичні показники надійності, виявлено найменш надійні вузли і деталі обладнання, встановлено причини виходу їх з ладу. Розроблено математичну модель гідродинамічного процесу витоку рідкого продукту з форсунки. Визначено раціональні параметри конструкції і розроблено нову модель форсунки. Шляхом зменшення дисперсності распорошення часток рідкого продукту підвищено продуктивність установки, якість одержуваного продукту. Розроблено комплекс заходів щодо вдосконалення окремих елементів конструкції, технології їхнього виробництва і правил експлуатації сушильних установок.

Ключові слова: меланж, сушильна установка, надійність обладнання, форсунка, гідродинамічний процес.

Аннотация

Хомичук В.А. Совершенствование установки для сушки жидких пищевых продуктов А1-ФМУ с целью повышения ее технического уровня. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.09 - Машины пищевой, микробиологической и фармацевтической промышленности. - Донецкий государственный университет экономики и торговли им. М. Туган-Барановского Министерства образования и науки Украины. - Донецк, 2000.

Диссертация посвящена вопросам совершенствования установки для сушки жидких пищевых продуктов.

Исследована фактическая надежность сушильных установок, результаты исследований включали в себя определение фактических показателей надежности, выявление наименее надежных деталей конструкции, установление причин и характера их разрушения. Основными критериями надежности являются безотказность и ремонтопригодность. Под наблюдение было поставлено 25 установок. Наименее надежным узлом установки была форсунка, отказы которой составили 21,4% в общем потоке отказов.

Большая скорость истечения жидкого продукта из форсунки в рабочую камеру, а также сложная структура конвективных потоков не позволяют проводить экспериментальные исследования. Поэтому узел подачи продукта в камеру исследован на основе математического моделирования гидродинамического процесса, а существующая сушильная камера рассмотрена как цилиндр, в который через сопла и нижнюю часть подается воздух.

Рассматривалось адиабатическое движение идеальной сжимаемой среды. Система уравнений в этом случае состоит из уравнения движения и уравнения неразрывности, а все происходящие процессы описываются уравнением Навье-Стокса и неразрывности.

После введения граничных условий и перехода к безразмерным величинам дальнейшее решение осуществлялось в переменных вихрь - функция тока. Граничные условия для вихря скорости формируются на стадии конечно-разностной апроксимации. Для численной реализации математической модели процессов был сформулирован вычислительный алгоритм, основанный на использовании методов переменных направлений, при котором ищется решение задачи. Разработанная математическая модель реализована на IBM совместимой ПЭВМ на языке Pascal-7.

Для выбора наиболее рациональных параметров форсунки нами исследован ряд их конструкций.

Полученные графические изображения линий тока показали несколько вихревых структур в объеме камеры. Компьютерная реализация разработанной модели позволила получить графические зависимости горизонтальной компоненты скорости на различных горизонтах, по различным вертикалям, на оси сопла. Все полученные зависимости были описаны полиномиальными функциями.

Разработанная форсунка исследована в лабораторных условиях. На стенде проведены сравнительные испытания серийно выпускаемой и разработанной конструкций форсунок. Наибольший интерес представляет изучение размера частиц распыленного жидкого продукта - как определяющего фактора технологических параметров сушки и производительности установки. Статистическая обработка результатов измерений размеров частиц позволила построить гистограммы распределения размеров частиц и определить, что данное распределение подчиняется нормальному закону. Средний размер частиц принимал значения от 100 до 700 мкм при исследовании ранее выпускаемой форсунки и от 10 до 70 мкм - при использовании разработанной

Разработанный комплекс мероприятий по модернизации установки для сушки меланжа направлен на повышение производительности (5 мероприятий), повышение надежности (13), стабилизацию работы отдельных узлов и установки в целом (6), улучшение условий труда оператора (4). Надежность установки повышена на 8-10% и производительность установки - 20-25%, повышена конкурентоспособность выпускаемого оборудования.

Сравнительная оценка модернизированной установки А1-ФМУ с зарубежными аналогами позволила сделать вывод: установки для сушки жидких пищевых продуктов А1-ФМУ, выпускаемые Донецким заводом "Продмаш", после внедрения результатов научных исследований в производство, соответствуют мировому уровню.

Выполнены расчеты экономических показателей при внедрении в производство комплекса мероприятий по модернизации установки.

Ключевые слова: меланж, сушильная установка, надежность оборудования, форсунка, гидродинамический процесс.

Abstract

Khomichuk V.A. Perfection of installation for drying liquid foodstuffs A1-FMU with the purpose of increasing of its technological level. - the Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Candidate of Technical Sciences on a speciality 05.05.09 - Machines of foodstuffs, microbiological and farmaceutical industry. - Donetsk state university of economics and trade named after. M.Tugan-Baranovsky. - Donetsk, 2000.

The dissertation is devoted to questions of perfection of installation for drying liquid foodstuffs. Researches of reliability of installation have allowed to confirm, that the probability of non-failure operation corresponds to law of Veybull. Actual parameters of reliability, the least reliable units and details of the equipment for the first time are obtained, the reasons of their being out of operation are established. The mathematical model of hydrodynamical process of the leakage of a liquid product from an atomizer is developed. Rational parameters of design are determined and the new model of an atomizer is developed. Due to reduction of dispersiveness of particles spraying of a liquid product the productivity of installation and quality of a received product is raised. The complex of actions for perfection of separate elements of a design, technology of their manufacture and service regulations of drying installations are developed.

Key words: melange, drying installation, reliability of the equipment, an atomizer, hydrodynamical process.

Размещено на Allbest.ru

...